Реактор для окисления аммиака с внутренним фильтровальным элементом

Реактор для окисления аммиака с внутренним фильтровальным элементом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

В данном описании представлен реактор для окисления аммиака до монооксида азота в присутствии катализатора. В частности, в данном описании представлен реактор, имеющий внутренний фильтровальный элемент, который собирает катализатор, отделившийся в процессе окисления аммиака до монооксида азота.

Уровень техники

Азотную кислоту применяют для производства азотных удобрений и органических удобрений, в форме нитрата аммония, нитрата калия или нитрофосфата. Азотную кислоту также применяют во взрывчатых веществах, полимерной промышленности и химической промышленности.

Азотную кислоту (HNO₃) производят каталитическим горением аммиака для образования монооксида азота. Способ обычно проводят в три стадии. Первая стадия включает окисление аммиака. Окисление аммиака проходит в присутствии катализатора с выходом 93-98% в зависимости от применяемых технологических условий.

Вторая стадия включает конденсацию воды, образовавшейся при сгорании и окислении монооксида азота. Вторая стадия может дать двуокись азота, четырехокись азота или их смесь. Третья стадия включает абсорбцию или фиксацию двуокиси азота и четырехокиси азота. Промежуточные соединения реакции и продукты первой и второй стадий могут быть коммерчески ценными сами по себе. Таким образом, первая и вторая стадии могут применяться для получения различных продуктов, даже если получение азотной кислоты не требуется.

Катализатор, применяемый на первой стадии процесса окисления аммиака, обычно имеет форму сетки из благородного металла. Из-за высоких температур, возникающих в процессе окисления аммиака, сетка из благородного металла часто фракционирует, и ее частицы увлекаются газообразным материалом, присутствующим в реакторе. Такая "потеря металла" обычно увеличивается при ужесточении условий реакции. Например, количество потери металла обычно возрастает при повышении температуры и скорости производства.

Эта потеря металла наносит значительный финансовый урон рентабельности процесса окисления аммиака из-за высокой стоимости сетки из благородного метала. Более того, потеря металла может вызвать отравление каталитического материала, применяемого в следующих реакторах, которые находятся после реактора для окисления аммиака.

Одно из решений проблемы потери металла является установка внешнего фильтровального отделения и фильтрационного устройства после реактора окисления аммиака. Такое внешнее фильтровальное отделение вызывает падение давления и требует дополнительного пространства на уже заполненных производственных площадях. Другим решением является применение волокнистого материала непосредственно рядом с сеткой из благородного металла. К сожалению, применение такого волокнистого материала в этом месте не обеспечивает эффективную фильтрацию и требует применения методики работы в ограниченном пространстве для того, чтобы обслуживать волокнистый материал во время периодического технического обслуживания оборудования.

Сущность изобретения и его преимущества

Представлен реактор для окисления аммиака до монооксида азота в присутствии катализатора. Катализатор может отделяться во время окисления. Реактор включает корпус реактора, имеющий верхнюю часть, нижнюю часть и среднюю часть. Верхняя и средняя части объединены для образования полости, в которой аммиак каталитически окисляется для получения монооксида азота. Внутренний фильтровальный элемент включает корпус фильтра, определяющий внутренний объем, и фильтровальную среду, расположенную вокруг корпуса фильтра. Внутренний фильтровальный элемент собирает катализатор, отделившийся в процессе окисления аммиака.

Различные варианты данного изобретения имеют компактный дизайн, который позволяет бесшовную интеграцию в существующий дизайн реактора. Так как внутренний фильтровальный элемент расположен внутри реактора, экономится драгоценное пространство, что увеличивает эффективность. Варианты данного изобретения также обеспечивают улучшенную фильтрацию, что приводит к улучшенной самоокупаемости и меньшему отравлению следующих катализаторов. Варианты данного изобретения позволяют обслуживать реактор без применения методов работы в ограниченном пространстве.

Краткое описание чертежей

Природу и объекты данного изобретения можно понять из нижеследующего подробного описания и прилагаемых чертежей.

На фиг. 1 представлен разрез реактора для окисления аммиака в соответствии с одним вариантом данного изобретения;

на фиг. 2 представлен вид в перспективе съемной рамки, поддерживающей нижнюю часть реактора в соответствии с одним или более вариантом осуществления данного изобретения;

на фиг. 3 представлен вид сверху внутренней части реактора и внутренних фильтровальных элементов по фиг. 1 в соответствии с одним или более вариантом осуществления; и

на фиг. 4 представлено изображение в разобранном виде внутреннего фильтровального элемента с фиг. 1 в соответствии с одним или более вариантом осуществления.

Подробное описание изобретения

Представлен реактор 10 для окисления аммиака до монооксида азота в присутствии катализатора. Согласно фиг. 1 реактор 10 имеет корпус реактора 11, имеющий верхнюю часть 12, нижнюю часть 14, и среднюю часть 16. Обычно реактор 10 является цилиндрическим. Однако реактор 10 может иметь другие формы. Верхняя часть 12 и нижняя часть 14 обычно бочкообразные, но они могут иметь другие формы и конфигурации. Верхняя часть 12 и средняя часть 16 могут соединяться вместе посредством фланцевого соединения. Кроме того, посредством фланцевого соединения можно соединять вместе среднюю часть 16 и нижнюю часть 14. В другом варианте осуществления, реактор 10 может иметь верхнюю часть 12 и среднюю часть 16, объединенные вместе без разрывного соединения. Нижняя часть 14 реактора 10 должна легко удаляться из реактора 10 для того, чтобы обеспечивать легкий доступ и обслуживание реактора 10. Поэтому нижняя часть 14 должна иметь размеры и прикрепляться с учетом этих соображений.

Реактор 10 может иметь высоту от 1 до 20 м, от 2 до 10 м, от 3 до 9 м. Альтернативно, реактор 10 может иметь другую высоту, подходящую для процесса подачи аммиака. Реактор 10 может иметь диаметр от 1 до 5 м. Альтернативно, реактор 10 может иметь другие диаметры, подходящие для процесса подачи аммиака.

Реактор 10 может содержать материалы, способные выдерживать высокоагрессивные условия и температуры, превышающие 900°C. Например, реактор 10 может содержать нержавеющую сталь. Предполагается также, что реактор 10 может быть произведен из других подходящих материалов, которые устойчивы к коррозии.

Реактор 10 может иметь такой же дизайн, как реактор окисления аммиака, такой как реактор Oschatz. Также другие типы реакторов для окисления аммиака могут применяться для данного изобретения. Более того, объем данного изобретения также включает модификацию традиционных дизайнов реакторов в соответствии с идеями и концепциями, представленными здесь.

Нижняя часть 14 может иметь коническую форму, которая определяет внутренний объем. Коническая форма помогает минимизировать падение давления при прохождении отфильтрованного газа через нижнюю часть 14. Альтернативно, нижняя часть 14 может иметь другие формы и конфигурации, которые позволяют перенос отфильтрованного газа, такие как цилиндрическая, полусферическая и т.д.

Верхняя часть 12 и средняя часть 16 объединены для образования полости 18, в которой аммиак каталитически окисляется для получения монооксида азота. Реактор 10 может включать по меньшей мере один вход 20 и по меньшей мере один выход 22. Вход 20 обычно расположен в верхней части 12 реактора 10, что позволяет материалу, который пропускается через вход 20, попадать в полость 18. Реактор 10 может иметь множество входов 20. Вход 20 может применяться для впуска воздуха, парообразного аммиака и других компонентов в полость 18. Входы 20 могут иметь различные фитинги и соединители, которые позволяют эффективно пропускать материал. Например, вход 20 может включать множество сопел или альтернативных систем распределения газа, таких как плоскопараллельная система распределения газа, применяемая для равномерного распределения газа в реакционной полости 18.

Выход 22 может быть расположен в нижней части 14 реактора 10, расположенной ниже фильтровальной пластины 24. Выход 22 позволяет отфильтрованному газу выходить из реактора 10. Выход 22 может соединяться с различными последующими типовыми процессами для последующей обработки.

Реактор 10 также включает фильтровальную пластину 24, которая расположена поперек корпуса реактора 11 и отделяет нижнюю часть 14 от полости 18. Фильтровальная пластина 24 может иметь форму и размер, которые соответствуют внутренним размерам корпуса реактора 11, и, таким образом, не позволяет насыщенному катализатором газу обходить фильтровальную пластину 24, не проходя через внутренний фильтровальный элемент 26. Фильтровальная пластина 24 может иметь цилиндрическую форму и произведена из материала, подходящего для условий, имеющихся в реакторе 10. Например, фильтровальная пластина 24 может состоять из нержавеющей стали. Фильтровальная пластина 24 может состоять из твердого материала так, чтобы газ через нее не проходил. Однако, как описано ниже, фильтровальная пластина 24 может включать различные каналы, которые позволяют намеренно пропускать газ через них. Нижняя часть 14 может быть установлена на реактор 10 с применением герметичной прокладки или манжеты, которая предотвращает прохождение насыщенного катализатором газа между полостью 18 и нижней частью 14 без прохождения сначала через внутренний фильтровальный элемент 26. Герметичная прокладка или манжета могут содержать материал, который способен выдерживать агрессивные и высокотемпературные условия реактора. В одном варианте осуществления, герметичная прокладка или манжета содержит металл, природный или синтетический каучук или термостойкие полимеры.

Другими словами, в одном варианте осуществления фильтровальная пластина 24 определяет верхнюю область нижней части 14, и, таким образом, отделяет полость 18 от нижней части 14. Под "отделением полости 18 от нижней части 14" понимают создание механического разделения, которое предотвращает проход насыщенного катализатором газа через полость 18 и нижнюю часть 14 без предварительного прохождения через внутренний фильтровальный элемент 26. Таким образом, фильтровальная пластина 24 направляет насыщенный катализатором газ в нижнюю часть.

Фильтровальная пластина 24 соединена с нижней частью 14 так, что при отделении нижней части 14 от реактора 10, фильтровальная пластина 24 также опускается. Нижняя часть 14 может быть легко снята с реактора 10, что позволяет легко обслуживать фильтровальную пластину 24, вместе с внутренним фильтровальным элементом 26 без необходимости применения метода работы в ограниченном пространстве.

Согласно фигуре 2 рама для удаления 27 может применяться для облегчения отделения нижней части 14 от реактора 10. Рама для удаления 27 может содержать множество различных материалов, которые имеют достаточную прочность для того, чтобы способствовать отделению нижней части от реактора; например, металл, дерево или полимер. Рама для удаления 27 может включать множество боковых опор для сцепления нижней части 14 и вертикальную сетку, достаточную для того, чтобы нижний край нижней части 14 не был ниже рамы для удаления 27. В одном варианте осуществления, рама для удаления 27 имеет такую конфигурацию, чтобы зацеплять нижнюю часть 14 реактора 10 и поддерживать ее массу. Вильчатый захват или другой подобный механизм может применяться для зацепления рамы для удаления 27 и подъема рамы для удаления 27 на высоту, подходящую для захвата нижней части 14. Как только нижняя часть 14 сцеплена с рамой для удаления 27, нижняя часть 14 может быть отсоединена от реактора 10 и затем рама для удаления 27 может быть опущена для снятия нижней части 14 и фильтровальной пластины 24 с реактора 10. При опускании фильтровальной пластины 24 с нижней частью 14, внутренний фильтровальный элемент 26 также понижается и, таким образом, оказывается в положении, которое позволяет осуществлять обслуживание внутреннего фильтровального элемента 26.

В другом варианте осуществления реактор 10 включает внутренние фильтровальные элементы 26, установленные в альтернативной конфигурации, отличной от фильтровальной пластины 24. Например, внутренний фильтровальный элемент 26 может быть подвешен в полости 18 из различных опорных средств, таких как структурные поперечные элементы, крепежные кронштейны или свисающие тросы. Альтернативно, внутренний фильтровальный элемент 26 может держаться на нижней части реактора без применения фильтровальной пластины 24. В таком варианте осуществления внутренний фильтровальный элемент 26 обычно содержит керамику.

Согласно фиг. 2 реактор 10 может включать внутренний фильтровальный элемент 26, установленный на фильтровальной пластине 24. Внутренний фильтровальный элемент 26 собирает катализатор, отделившийся в процессе окисления. Внутренний фильтровальный элемент 26 может быть расположен в верхней части фильтровальной пластины 24 и присоединен или закреплен на фильтровальной пластине 24 множеством способов, таких как крепления, фланцы, адгезивы, блокировочные петли и т.д.

Согласно фиг. 3, фильтровальная пластина 24 включает множество выходных отверстий 32 по меньшей мере в количестве, равном количеству внутренних фильтровальных элементов 26, имеющихся в реакторе 10. Таким образом, если имеется три внутренних фильтровальных элемента 26, фильтровальная пластина 24 будет иметь по меньшей мере три выходных отверстия 32, так, чтобы внутренний объем 38 внутреннего фильтровального элемента 26 был расположен выше выходного отверстия 32. Центр внутренних фильтровальных элементов 26 обычно совпадает с центром выходного отверстия 32. Выходное отверстие 32 может иметь размер и форму, совпадающие с размером и формой внутренних фильтровальных элементов 26, что позволяет насыщенному катализатором газу проходить через внутренний фильтровальный элемент 26 и во внутренний объем 38, затем проходить через выходные отверстия 32, и затем поступать в нижнюю часть 14 реактора 10. Например, выходное отверстие может быть круглым, эллиптически или многоугольным.

Внутренние фильтровальные элементы 26 могут иметь такой размер, чтобы вмещать количество насыщенного катализатором газа, образовавшееся в реакторе 10. В одном конкретном варианте внутренний фильтровальный элемент 26 имеет от 100 до 1000 фт.² активной фильтрующей площади. Внутренний фильтровальный элемент 26 альтернативно может иметь от 300 до 600 фт.² активной фильтрующей площади, или от 400 до 500 фт.² активной фильтрующей площади. Также рассматриваются варианты, в которых внутренний фильтровальный элемент 26 может иметь другие количества активной фильтрующей площади, специально не измеренной.

Внутренний фильтровальный элемент 26 может иметь высоту от 0,2 до 2.5 метров. Альтернативно, также рассматриваются варианты, в которых внутренний фильтровальный элемент 26 может иметь высоту от 0,5 до 2 м или от 0,7 до 1,5 м в зависимости от размера реактора 10 и полости 18, а также количества насыщенного катализатором газа, обрабатываемого внутренним фильтровальным элементом 26.

В одном или более вариантах осуществления, внутренний фильтровальный элемент 26 также определен как множество внутренних фильтровальных элементов 26. Другими словами, реактор 10 может включать более одного внутреннего фильтровального элемента 26. В одном конкретном варианте, реактор 10 может включать от 1 до 10 внутренних фильтровальных элементов 26. В другом конкретном варианте осуществления реактор 10 может включать от 2 до 5 внутренних фильтровальных элементов 26.

Если применяют один внутренний фильтровальный элемент 26, он может быть расположен во множестве положений на фильтровальной пластине 24, например, расположен по центру или расположен в смещенном положении. Альтернативно, если применяют множество внутренних фильтровальных элементов 26, множество внутренних фильтровальных элементов может быть расположено во множестве вариантов на фильтровальной пластине 24, или могут быть расположены произвольно. В одном варианте осуществления множество внутренних фильтровальных элементов 26 может быть расположено в равноудаленном положении или в альтернативном положении, которое позволяет эффективную фильтрацию насыщенного катализатором газа через множество внутренних фильтровальных элементов 26. Например, множество фильтровальных элементов 26 могут быть расположены симметрично в форме звезды вокруг центра фильтровальной пластины 24.

Согласно фиг. 4 в одном варианте осуществления, внутренний фильтровальный элемент 26 содержит корпус фильтра 28 и фильтровальную среду 30. Фильтровальная среда 30 может структурно поддерживаться корпусом фильтра 28 или может иметь достаточную внутреннюю или внешнюю жесткость, в таком случае корпус фильтра 28 не требуется.

Согласно фиг. 1 корпус фильтра 28 выступает поверх фильтровальной пластины 24 и определяет внутренний объем 38. Под внутренним объемом 38 понимают объем, окружающий корпус фильтра 28 и фильтровальную среду 30.

Корпус фильтра 28 может иметь множество форм и конфигураций. В одном варианте осуществления, корпус фильтра 28 имеет цилиндрическую форму. Корпус фильтра 28 может содержать проволочный каркас, который структурно достаточен для того, чтобы поддерживать или закреплять фильтровальную среду 30. Корпус фильтра 28 может быть создан так, чтобы закреплять фильтровальную среду 30. Корпус фильтра 28 также способен сопротивляться разложению, что обычно происходит в высокоагрессивных средах при температурах свыше 300°C, и может содержать металлические или полимерные материалы, имеющие отверстия различного диаметра, которые позволяют насыщенному катализатором газу проходить через корпус фильтра.

Фильтровальная среда 30 может быть расположена рядом с корпусом фильтра 28. Например, фильтровальная среда 30 может быть расположена внутри, снаружи или вплетена в корпус фильтра 28, при условии, что обеспечивается достаточная структурная поддержка. В одном конкретном варианте, фильтровальная среда 30 расположена во внутреннем объеме 38 корпуса фильтра 28. В другом варианте осуществления фильтровальная среда 30 находится на опоре вспомогательного фильтра и расположена во внутреннем объеме 38 корпуса фильтра 28. Если фильтровальная среда 30 находится с внешней стороны корпуса фильтра 28, фильтровальная среда 30 может быть присоединена к корпусу фильтра 28 так, чтобы корпус фильтра 28 являлся структурной опорой для фильтровальной среды.

Если фильтровальная среда 30 переплетена с корпусом фильтра 28, то по меньшей мере часть фильтровальной среды 30 может находиться во внутреннем объеме корпуса фильтра 28 и по меньшей мере часть фильтровальной среды 30 может находиться снаружи корпуса фильтра 28.

Фильтровальная среда 30 может быть представлена в виде отдельных секций так, что несколько секций фильтровальной среды может быть включено во внутренний фильтровальный элемент 26. В одном варианте осуществления секции фильтровальной среды 30 могут быть сложены друг на друга, образуя внутренний фильтровальный элемент 26. Если применяют несколько секций фильтровальной среды, отдельные секции могут быть разделены герметичной кольцевой прокладкой, которая соединяет секции фильтровальной среды и обеспечивает то, что насыщенный катализатором газ не может обойти фильтровальную среду 30. Рассматривается вариант, в котором число секций фильтровальной среды может быть равно от 1 до 10 или от 2 до 5 в одной фильтровальной среде 30.

Множество различных фильтровальных сред 30 может быть достаточным для применения в описанном здесь реакторе 10 при условии, что они могут обеспечивать достаточную фильтрацию без избыточного падения давления. Фильтровальная среда 30 также должна выдерживать высокоагрессивную среду с температурами выше 300°С. В одном конкретном варианте, фильтровальная среда 30 включает керамические материалы. Фильтровальная среда 30 может содержать керамические волокна, собранные и ориентированные так, чтобы фильтровальная среда 30 могла фильтровать катализатор размером до 0,1 микрона.

В одном или более конфигурациях, фильтровальная среда 30 может быть гофрированной. Однако не гофрированная фильтровальная среда 30 также может подходить для применения в реакторе 10. Фильтровальная среда 30 может иметь эффективный размер фильтра от 0,1 до 10 микронов. Альтернативно, фильтровальная среда 30 может иметь эффективный размер фильтра от 0,1 до 5, или от 0,1 до 3 микронов. Под эффективным размером фильтра понимают размер частиц, которые могут эффективно и надежно удерживаться фильтровальной средой 30.

Согласно фиг. 4 внутренний фильтровальный элемент 26 может также содержать основание 40 фильтра и установочную прокладку 42. Основание 40 фильтра расположено между корпусом фильтра 28 и фильтровальной пластиной 24 и связывает корпус фильтра 28 с фильтровальной пластиной 24. Установочная прокладка 42 расположена между фильтровальной пластиной 24 и основанием 40 фильтра, прямо или косвенно. Установочная прокладка 42 образует герметичную прокладку между внутренним фильтровальным элементом 26 и фильтровальной пластиной 24, так, чтобы весь насыщенный катализатором газ проходит только через внутренний фильтровальный элемент 26 для попадания в нижнюю часть 14 реактора 10, без протечек через соединение между фильтровальной пластиной 24 и внутренним фильтровальным элементом 26. Основание 40 фильтра соединено с фильтровальной пластиной 24 фланцем или подходящей системой застежек. Установочная прокладка 42 может быть сделана из множества материалов, при условии, что материалы могут выдерживать высокоагрессивную среду с температурами выше 300°С; например, природных или синтетических резин, металлов или высокотемпературных полимеров.

Внутренний фильтровальный элемент 26 также может включать крышку фильтра 44.

Крышка фильтра 44 может взаимодействовать с верхней частью внутреннего фильтровального элемента 26 и служит для того, чтобы насыщенный катализатором газ не обошел фильтровальную среду 30 через верхнюю часть внутреннего фильтровального элемента 36.

Согласно фиг. 1 полость 18 может включать каталитический материал 34. В одном варианте осуществления, каталитический материал 34 содержит каталитическую сетку. В других конфигурациях, каталитический материал 34 может иметь другие конфигурации, которые обеспечивают достаточную площадь поверхности для того, чтобы поступающий воздух и испаренный аммиак контактировал с каталитическим материалом 34 и аммиак окислялся.

Каталитический материал 34 позволяет каталитическое окисление аммиака до монооксида азота. Как таковые, множество каталитических материалов 34 может применяться в описанном здесь реакторе 10. В одном конкретном варианте, каталитический материал 34 содержит платину. Альтернативно, каталитический материал 34 может содержать платину, родий, палладий и их сочетание. Альтернативно, каталитический материал 34 может содержать другие компоненты, подходящие для каталитического окисления аммиака.

Каталитический материал 34 может удерживаться в полости 18 поддерживающей сеткой 36. Каталитический материал 34 может быть расположен во множестве мест полости 18. Поддерживающая сетка 36 может быть расположена поперек реактора 18 для размещения каталитического материала 34 в оптимальном месте в отношении поступающего воздуха и испаренного аммиака так, чтобы поступающий воздух и испаренный аммиак по меньшей мере частично контактировал с каталитическим материалом. Поддерживающая сетка 36 может содержать may простую балочную опору, корзину, кабели или другие опорные системы.

Как указано выше, реактор 10 включает по меньшей мере один вход 20, который позволяет поступающему воздуху и испаренному аммиаку попадать в полость 18. Поступающий воздух может быть сжат и охлажден перед подачей в полость 18. Поступающий воздух может поступать в полость 18 при температуре от 50 до 1000°C, от 100 до 500°C или от 150 до 250°C.

Жидкий аммиак испаряют до того, как его переносят в полость 18 реактора 10 для окисления. Жидкий аммиак может быть испарен на теплообменнике или альтернативных средствах нагревания.

Поступающий воздух и испаренный аммиак тщательно смешивают в полости 18, одновременно контактируя с каталитическим материалом 34. Так как смешивание происходит в присутствии каталитического материала, окисление испаренного аммиака может быть практически моментальным. Экзотермическая природа окисления аммиака может повышать температуру в реакторе 10 до температуры, превышающей 900°C.

Средняя часть 16 содержит по меньшей мере одно устройство для отведения тепла 46 для отведения тепла из насыщенного катализатором газа в полости 18 до фильтрации газа. Так как температура насыщенного катализатором газа может превышать 900°C, газы обычно охлаждают до того, как их пропускают через внутренние фильтровальные элементы 26. Устройство для отведения тепла 46 обычно расположено сразу под каталитическим материалом 34 и выше внутренних фильтровальных элементов 26. Фраза "выше внутренних фильтровальных элементов" означает, что по меньшей мере часть устройства для отведения тепла 46 находится на большей относительной высоте, чем внутренние фильтровальные элементы 26. Должно быть понятно, что устройство для отведения тепла 46 также может быть расположено так, чтобы все устройство для отведения тепла 46 было над верхней частью внутренних фильтровальных элементов 26. Когда насыщенный горячим катализатором газ контактирует с устройством для отведения тепла 46, насыщенный горячим катализатором газ охлаждают до температуры от 150°С до 350°С, или приблизительно 200°С перед попаданием во внутренние фильтровальные элементы 26.

В одном варианте осуществления, устройство для отведения тепла 46 содержит множество рамок для отведения тепла, как показано на фигуре 1. Множество рамок для отведения тепла может быть расположено в виде лепешек для максимального увеличения поверхности теплообмена устройства для отведения тепла 46. Устройство для отведения тепла 46 может быть соединено с механизмом циркуляции для обеспечивания оптимальных скоростей теплопередачи. Тепло, поглощенное устройством для отведения тепла 46 может быть рециркулировано и использовано для различных вспомогательных процессов, таких как получение пара. В устройстве для отведения тепла может применяться жидкость в качестве теплопередающей среды.

Описывая далее указанную выше реакцию, проходящую при контакте поступающего воздуха и испаренного аммиака с каталитическим материалом 34, образуется нитрозный газ. Нитрозный газ содержит монооксид азота, водяной пар и остаточный азот. Также рассматривается вариант, при котором нитрозный газ может включать другие компоненты. После образования нитрозного газа и увлечения в него каталитического материала 34, охлажденный насыщенный катализатором газ течет сверху вниз через полость 18 в направлении фильтровальной пластины 24. Кактолько насыщенный катализатором газ достигает фильтровальной пластины 24, он отводится так, охлажденный насыщенный катализатором газ не может проходить во внутренний объем нижней части 14, не проходя сначала через внутренний фильтровальный элемент 26. Таким образом, охлажденный насыщенный катализатором газ пропускают через внутренний фильтровальный элемент 26 и затем в нижнюю часть 14. При прохождении охлажденного насыщенного катализатором газа через внутренний фильтровальный элемент(ы) 26, удержанный каталитический материал собирают в фильтровальной среде 30 для дальнейшей обработки и восстановления. Газ, присутствующий в нижней части, практически не содержит каталитический материал, например, содержит менее 10, 5, 3, 1, 0,5, 0,1, 0,01 или 0,001% масс, катализатора по отношению к общей массе газа, присутствующего в нижней части.

Как указано выше, после пропускания охлажденного насыщенного катализатором газа через внутренний фильтровальный элемент 26, получают отфильтрованный газ. В одном возможном варианте, отфильтрованный газ содержит нитрозный газ и водяной пар. Нитрозный газ может содержать монооксид азота, двуокись азота, азот и различные другие азотсодержащие соединения. Отфильтрованный газ может быть пропущен через ряд охладителей для удаления избыточного тепла из отфильтрованного газа для получения горячего отфильтрованного газа. В определенных вариантах отфильтрованный газ переносят во второй реактор для дальнейшей обработки.

В другом варианте осуществления, согласно фиг. 1, представлена система для окисления аммиака для получения оксида азота и восстановления двуокиси азота. Система содержит первый реактор 10 для окисления аммиака, такой как описан выше. В первом реакторе 10 каталитически окисляют аммиак для получения монооксида азота. Первый реактор 10 также включает внутренний фильтровальный элемент 26, содержащий фильтровальную среду 30, содержащую керамику, который расположен в полости 18. Система также включает второй реактор для восстановления двуокиси азота. Второй реактор может иметь множество конфигураций и дизайнов при условии, что они подходят для проведения восстановления двуокиси азота. Второй реактор гидравлически соединен с первым реактором 10 и расположен после него. Второй реактор содержит катализатор для восстановления NO₂.

Катализатор для восстановления NO₂ может содержать серебро в одном или более вариантах. Серебро может быть в чистой форме (99 или 99,9% масс. Ag) или в виде сплава. Альтернативно, катализатор для восстановления NO₂ может содержать другие материалы, подходящие для катализирования реакции восстановления двуокиси азота. Так как первый реактор 10 включает внутренний фильтровальный элемент 26, каталитический материал не переносится далее и, следовательно, не попадает во второй реактор. Следовательно, катализатор восстановления NO₂ не будет сильно отравлен каталитическим материалом из первого реактора 10.

Для восстановления драгоценных металлов из внутреннего фильтровального элемента 26 применяют множество способов и оборудования. Внутренний фильтровальный элемент 26 может периодически выниматься из реактора 10 и обрабатываться для сбора каталитического материала. При вынимании внутренних фильтровальных элементов 26 из реактора 10, фильтровальная среда 30 может быть обработана для удаления собранного в ней каталитического материала. Например, драгоценные металлы могут быть восстановлены из фильтровальной среды 30 выпариванием, осаждением, фильтрацией, механическим отделением, вакуумным сбором и другими методами.

Должно быть понятно, что это описание не ограничено конструкцией новых реакторов. Существующие реакторы могут быть модернизированы так, чтобы включать внутренний фильтровальный элемент 26 удалением существующей нижней части таких реакторов и присоединением нижней части 16, фильтровальной пластины 24 и внутреннего фильтровального элемента 26 в соответствии с данным изобретением к реактору. При добавлении внутренних фильтровальных элементов 26, нижней части 14 и фильтровальной пластины 24, модернизированный реактор может эффективно фильтровать насыщенный катализатором газ. Кроме того, модернизированный реактор и внутренние фильтровальные элементы 26 могут легко обслуживаться без применения процедур работы в ограниченном пространстве путем опускания нижней части 14, и, следовательно, фильтровальной пластины 24 и внутреннего фильтровального элемента 26 со дна модернизированного реактор в виде единого элемента. После отпускания нижней части 14 реактора 10, фильтровальная среда 30 может быть заменена.

Также представлен способ окисления аммиака до монооксида азота в присутствии катализатора. Катализатор может отделяться в процессе окисления. Способ включает обеспечение реактора, содержащего корпус реактора. Корпус реактора имеет верхнюю часть, нижнюю часть и среднюю часть. Верхняя и средняя части объединены для образования полости. Способ также включает получение внутреннего фильтровального элемента в полости и окисление аммиака в присутствии катализатора в полости для получения монооксида азота. Способ также включает внутреннюю фильтрацию катализатора, отделившегося на стадии окисления аммиака, с помощью внутреннего фильтровального элемента, и сбор отделившегося катализатора из внутреннего фильтровального элемента.

В одном или более вариантах, способ может также включать стадии отделения нижней части корпуса реактора от средней части корпуса реактора с опускание нижней части корпуса реактора на высоту, достаточную для удаления внутреннего фильтровального элемента из полости. В определенных вариантах, стадию сбора отделившегося катализатора из внутреннего фильтровального элемента проводят после стадии опускания нижней части корпуса реактора.

Под внутренней фильтрацией катализатора понимают то, что насыщенный катализатором газ фильтруется без переноса газа из внутреннего объема реактора. Вместо этого насыщенный катализатором газ пропускают через внутренний фильтровальный элемент, который расположен в полости.

Хотя данное изобретение описано со ссылкой на примерные варианты, специалисту в данной области техники должно быть понятно, что могут быть сделаны различные изменения, и элементы могут быть заменены эквивалентными, не выходя за объем данного изобретения. Кроме того, многие модификации могут быть сделаны для адаптации конкретной ситуации или материала к принципам данного изобретения, не выходя за его суть. Предполагается, что данное изобретение не ограничено конкретными вариантами, описанными в качестве наилучшего способа осуществления изобретения, и данное изобретение включает все варианты, попадающие в объем формулы изобретения.

1. Реактор для окисления аммиака до монооксида азота в присутствии катализатора с возможностью отделения во время окисления, включающий:

корпус реактора, имеющий верхнюю часть, нижнюю часть и среднюю часть, причем указанная верхняя и средняя части объединены для образования полости, где аммиак каталитически окисляется с образованием монооксида азота;

фильтровальную пластину, расположенную поперек корпуса реактора, отделяющую нижнюю часть от указанной полости; и

внутренний фильтровальный элемент, установленный на указанной фильтровальной пластине,

причем указанный внутренний фильтровальный элемент включает корпус фильтра, образующий внутренний объем, и фильтровальную среду, расположенную граничащей с указанным корпусом фильтра и выступающую поверх указанной фильтровальной пластины в указанную полость, и

причем указанный внутренний фильтровальный элемент предназначен для сбора указанного катализатора, отделенного во время окисления.

2. Реактор по п. 1, в котором указанная фильтровальная среда содержит керамику.

3. Реактор по п. 1, дополнительно содержащий устройство для отведения тепла, расположенное в указанной полости поверх указанного внутреннего фильтровального элемента.

4. Реактор по п. 1, в котором указанная фильтровальная среда расположена в указанном внутреннем объеме корпуса фильтра.

5. Реактор по п. 1, в котором указанный внутренний фильтровальный элемент дополнительно образован в виде множества внутренних фильтровальных элементов.

6. Реактор по п. 1, в котором указанный внутренний фильтровальный элемент дополнительно включает основание фильтра и установочную прокладку, причем указанное основание фильтра расположено между указанным корпусом фильтра и указанной фильтровальной пластиной и соединяет указанный корпус фильтра с указанной фильтровальной пластиной, а указанная установочная прокладка расположена между указанной фильтровальной пластиной и указанным основанием фильтра.

7. Реактор по п. 1, в котором указанный корпус фильтра имеет цилиндрическую форму.

8. Реактор по п. 1, в котором высота указанного реактора составляет от 1 м до 20 м, а высота указанного внутреннего фильтровального элемента составляет от 0,5 м до 1,5 м.

9. Реактор по любому из пп. 1-8, в котором указанная фильтровальная среда имеет эффективный размер фильтра от 0,1 до 10 микрон.

10. Реа